第1章 电子制造技术概述

1.1 电子制造简介

电子产品在不同发展水平的国家有不同的内涵，在同一国家的不同发展阶段也有不同的内涵。我国消费类电子产品是指个人和家庭使用的，与广播、电视有关的音频和视频产品，主要包括：电视机、影碟机（VCD、SVCD、DVD）、录像机、摄录机、收音机、收录机、组合音响、电唱机、激光唱机（CD）等。而在一些发达国家，则把电话、个人计算机、家庭办公设备、家用电子保健设备、汽车电子产品等也归在消费类电子产品中。随着技术发展和新产品的出现，数码相机、手机、PDA等产品也在成为新兴的消费类电子产品。生产这些电子产品的行业就是电子制造业。电子制造业已经超越其他任何行业，成为当今第一大产业。

中国的快速发展加速了全球电子制造业的发展。中国已经成为全球最大的电子产品制造基地。珠江三角洲地区的计算机资讯是支柱产业，拥有计算机资讯产品加工企业3000多家，计算机整机零部件配套率达到95%，计算机磁头、计算机主机板和计算机显示器等产品产量均居世界前列。长江三角洲地区是内地规模最大、最完善的IT设备制造基地，IT制造业已经形成了计算机及外设、通信产品、消费类电子和电子元器件及电子材料四大门类，几十个产品的规模化生产能力。环渤海地区是国内第三大信息产业集群，以软件和通信类产业为主，集中了全国的技术开发的骨干力量，会聚了大量的高级人才，具备构建大型系统和开发高端解决方案的能力，在一些重大的技术改造、信息安全和电子政务等领域具有较大的优势。

1.1.1 硅片制备

硅是集成电路制造中最重要的半导体材料，超过90%的集成电路芯片都是在硅片上制作而成的。硅片制备流程图如图1-1所示。

1.多晶硅提纯

硅的原材料主要来源于沙子和硅矿，经提纯后得到高纯多晶硅，多晶硅纯度如表1-1所示。

2.长晶

长晶即晶体生长，是把半导体级多晶硅块按一定的晶向转换成一块大的单晶硅碇。

3.端点移除和直径研磨

4.主平面形成

制作硅片定位边或定位槽。主要功能是在硅片制造过程中起定位作用以及标明硅片的晶向和导电类型，如P型或N型。通常早期200mm以下的硅片采用定位边，并在硅片上打上激光条码标志，标明硅片的出厂日期或批次之类的信息。

5.晶圆切片

使用带金钢石刀刃的内圆切割机进行切割。但300mm以上的硅片，一般采用线锯进行切割。

6.边角磨光

边角磨光又叫倒角，目的是使硅片边缘圆滑，减少因边缘损伤而引起的硅片缺陷。

7.研磨

进行双面机械磨片，去除切片时留下的损伤，并初步平坦化。

8.晶圆蚀刻

利用化学方法在硅表面腐蚀掉一层硅（大约20μm），进一步去除硅片表面损伤和污迹。

9.抛光

利用化学和机械的方法获得硅片表面的高度平整化。抛光是实现深亚微米级光刻的重要步骤。抛光后的硅片两面都会像一面镜子。

10.晶圆检视

对硅片进行物理尺寸、平整度、晶体缺陷、体电阻率、氧含量及颗粒等方面的质量检测。

1.1.2 芯片制造

芯片制造的四大基本工艺是：增层、光刻和刻蚀、掺杂、热处理。反复运用这四种工艺就可以在硅片上制造出各种半导体器件和芯片。

1.增层

增层就是在硅片表面增加一层各种薄膜材料（如二氧化硅、金属铝等），增层原理图如图1-2所示。

增层主要有两种方法。

（1）氧化：在硅片表面热氧化一层氧化层（如二氧化硅）。

（2）淀积：在硅片表面物理沉积一层薄膜（如金属铝淀积）。

2.光刻和刻蚀

利用一系列工艺方法在硅片表面制作出不同的图形，其原理图如图1-3所示。

3.掺杂

在硅材料中掺入少量杂质（如硼、砷等），使其电学性能发生改变，其原理图如图1-4所示。掺杂主要有两种方法：扩散和离子注入。

4.热处理

热处理是把硅片进行简单的加热和冷却，以达到特定的目的（如修复硅片缺陷等）。

1.1.3 封装

所谓封装就是指安装半导体集成电路芯片外壳的过程，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且把芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接，从而实现内部芯片与外部电路的连接。芯片必须与外界隔离，从而防止空气中的杂质对芯片电路腐蚀，造成电气性能下降，封装后的芯片也更便于安装和运输。

由于封装技术的好坏直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB（印制电路板）的设计和制造，因此封装是至关重要的。几种常见的封装形式及外形如表1-2所示。